Przejdź do treści

Nowe spojrzenie na to, w jaki sposób gwiazdy nowe rozświetlają niebo

Nowa V906 Carinae

Gwiazda nowa to efekt eksplozji termonuklearnej na powierzchni zwartej gwiazdy, która może wytworzyć energię wystarczającą do zwiększenia jej jasności miliony razy. Najjaśniejsze z nich mogą być widoczne nawet nieuzbrojonym okiem. Ostatnie badania gwiazdy nowej V906 Carinae pokazały, że znaczna część energii wyświecanej podczas maksimum blasku jest dostarczana przez fale uderzeniowe.

W klasycznych gwiazdach nowych dochodzi do eksplozji, gdy w ciasnym układzie podwójnym zawierającym białego karła spływa na niego materia od jego gwiezdnego towarzysza. Materia gromadzi się na powierzchni białego karła, powodując w końcu wybuch termojądrowy. Przez wiele lat astronomowie sądzili, że nuklearne spalanie materii na powierzchni białego karła bezpośrednio odpowiada za cały blask gwiazdy podczas wybuchu. Takie gwiazdy stosunkowo szybko słabną i stają się coraz bardziej niebieskie, przesuwając maksimum promieniowanie w kierunku ultrafioletu. Jednak niektóre nowe wykazują nieregularne rozbłyski podczas maksimum o zróżnicowanych amplitudach i skalach czasowych. Okazało się, że w takich przypadkach wysoką jasność w fazie maksimum podtrzymują tzw. szoki, czyli fale uderzeniowe generowane wokół gwiazdy

Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Elias Aydi z Michigan State University analizował obserwacje takiej właśnie gwiazdy we wszystkich zakresach promieniowania, od fal radiowych aż do promieni gamma.  Badacze pokazali, że to szoki są odpowiedzialne za obserwowane rozbłyski i podtrzymują wysoką jasność nowej. W badaniach wzięło udział również czworo naukowców z Polski, Andrzej Pigulski z Uniwersytetu Wrocławskiego, Adam Popowicz z Politechniki Śląskiej oraz Gerald Handler i Joanna Mikołajewska z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN. Publikacja zatytułowana w dosłownym tłumaczeniu „Bezpośrednie dowody na zasilanie falami uderzeniowymi optycznej emisji gwiazdy nowej” ukazała się w czasopiśmie Nature Astronomy.

Astronomiczne szoki i fale uderzeniowe

Czym więc są owe szoki i jak się tworzą? Gdy samolot naddźwiękowy przekracza prędkość dźwięku, tworzy się fala uderzeniowa, której energia jest odczuwana jako głośny huk. W wybuchach nowych takie szoki napędzają raczej blask, a nie dźwięk. Jeśli na powierzchni białego karła podczas wybuchu pojawią się niestabilności, materia będzie wyrzucana w wielu fazach i z różnymi prędkościami. Kolejne porcje gazu zderzają się ze sobą i powodują szoki, które podgrzewają wyrzuconą materię odpowiedzialną za rozbłyski, podtrzymując blask gwiazdy. Można przypuszczać, że w pierwszej fazie wybuchu wyrzucany jest rozległy, gruby torus wokół gwiazdy, który potem doganiają stożkowe wypływy biegunowe. Zderzenie generuje fale uderzeniowe, a te wydzielają energię w postaci obserwowanych rozbłysków.

Animacja NASA tłumacząca badania fal uderzeniowych.

Innym efektem astronomicznych szoków powstających w takich warunkach są promienie gamma, rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o najwyższej energii. Autorzy pracy wykryli takie promieniowanie pochodzące właśnie od gwiazdy, znanej jako V906 Carinae, której eksplozję w gwiazdozbiorze Kila (Carinae) zaobserwowano po raz pierwszy w marcu 2018 roku. Obserwacje prowadzone przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Fermiego pokazały, że V906 Car jest w tym zakresie promieniowania najjaśniejszą nową kiedykolwiek objętą takimi pomiarami. Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem takiej emisji są wg autorów publikacji właśnie fale uderzeniowe.

Niespodzianka od satelitów BRITE

Jednak prawdziwą niespodziankę sprawił satelita optyczny, jeden z sześciu nanosatelitów konsorcjum BRITE. Obserwował on jasną gwiazdę, w pobliżu której  pojawiła się nowa. W ten trochę przypadkowy sposób zrekonstruowano unikatową krzywą blasku gwiazdy nowej obejmującą półtora miesiąca nieprzerwanych obserwacji, niemożliwą do uzyskania z Ziemi.  Porównując dane promieniowania gamma i optycznego, astronomowie zauważyli, że za każdym razem, gdy występował wzrost promieniowania gamma, pojawiał się również rozbłysk optyczny. Jednoczesne wahania jasności wizualnej i promieniowania gamma oznaczają, że obie emisje mają to samo źródło, czyli pochodzą od szoków. Jak dowodzi zespół autorów pracy, fale uderzeniowe potrafią wyjaśnić zachowanie tej nowej w całym zakresie promieniowania elektromagnetycznego.

Zespół ocenia również, że V906 Car znajduje się w odległości około 13 000 lat świetlnych od Ziemi. W omawianych tu rozbłyskach (maksimach blasku) nowa osiągała jasność około 5,5 magnitudo, więc mogła być zauważona nawet nieuzbrojonym okiem w odległości zaledwie dwóch minut kątowych od innej gwiazdy 5. wielkości, HD 92063 (patrz zdjęcie). 

Uzyskane informacje mogą pomóc wyjaśnić, w jaki sposób są generowane duże ilości światła podczas innych gwałtownych wydarzeń z udziałem gwiazd, takich jak supernowe czy zlewanie się (zderzenia) gwiazd w układach podwójnych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
Seeing the light: MSU Research finds new way novae light up the sky

Direct evidence for shock-powered optical emission in a nova

NASA Missions Study Shock Waves in Nova Explosion

Źródło: MSU

Na ilustracji: Gwiazda oznaczona liniami po prawej stronie zdjęcia jest prawdziwym obrazem nowej V906 Carinae wykonanym w Obserwatorium Onjala w Afryce. Źródło: Franz Hofmann i Wolfgang Paech